Compreender a Direcção de Desenvolvimento do Ethereum: Como funciona o Mecanismo de Pólo da Cadeia Beacon?

【TL; DR】

1. A fundação Ethereum anunciou recentemente que irá proibir os termos "Ethereum 1.0" (ETH1) e Ethereum 2.0 (ETH2) e usar "camada executiva" e "camada de consenso" respectivamente.

2. Slot, época e validador são termos chave no mecanismo de PdS da cadeia de sinalização.

3. Se a corrente do farol for comparada ao coração da nova geração de Ethereum, a fenda e a época são os ciclos de batimentos do coração.

4. Devido ao desenho de segurança do algoritmo Ethereum, este mecanismo de consenso do PdS é considerado seguro.


Em 25 de Janeiro de 2021, Vitalik Buterin, o fundador do Ethereum, publicou um artigo, intitulado Caminhos para a finalidade de uma única ranhura em ethereum.org, que introduziu os seus últimos planos para o desenvolvimento do Ethereum.

Compreender o seu caminho de desenvolvimento é muito importante para compreender o Ethereum, mas ainda há alguns problemas conceptuais a serem resolvidos antes de ler o artigo publicado por Vitalik Buterin. Depois do Ethereum ser actualizado para o mecanismo do PdS, como irá gerar e confirmar os blocos da cadeia do farol e como irá garantir a sua segurança são as questões que pesquisámos e às quais demos respostas.

Introdução ao Esquema de Actualização do Ethereum

Desde o rápido crescimento da aplicação do Ethereum, a escalabilidade tem sido uma questão desconcertante para o Ethereum e os seus utilizadores. Como o mais popular projecto de cadeia de bloqueio de contratos inteligentes actualmente, o Ethereum tem um enorme volume de transacções, o que muitas vezes leva ao congestionamento, e a taxa de manuseamento permanece elevada, o que afecta grandemente a experiência de utilização dos comerciantes e a promoção de vários projectos. A fim de resolver o problema de desempenho da rede Ethereum, os conceitos de camada 2 e Ethereum 2.0 nasceram à escala Ethereum.

Ethereum 2.0 é uma versão actualizada de Ethereum 1.0, com o código de fase "Serenity". Ethereum 1.0 usa o mecanismo de consenso PoW, que é o mesmo que Bitcoin, enquanto Ethereum 2.0 usa o mecanismo de consenso PoS, que é mais económico e eficiente do que o mecanismo PoW. Após a actualização, o Ethereum formará uma cadeia de faróis "+ cadeia de estilhaços + camada 2" estrutura. O bloco da cadeia de faróis conterá directamente informações sobre as transacções. Antes da actualização, o conteúdo da cadeia PoW será transferido sem problemas para a cadeia de faróis. Este processo chama-se "the Merge". Após a fusão, o Ethereum voltar-se-á completamente para o mecanismo de consenso do PdS.

No entanto, Ethereum 1.0 e Ethereum 2.0 não são a simples relação entre o último e o primeiro, que é muitas vezes mal entendida e até enganada por foras-da-lei.

medida que a fusão se aproxima, a fundação Ethereum também anunciou recentemente que irá proibir o uso dos termos "Ethereum 1.0" (ETH1) e Ethereum 2.0 (ETH2) e usar "camada executiva" e "camada de consenso" respectivamente.

Entre eles, a camada de execução armazena todos os contratos inteligentes e regras de rede sobre o Ethereum, e a camada de consenso é responsável por lidar com o consenso do PdS. Após a fusão, as duas cadeias serão combinadas numa só e tornar-se-ão um Ethereum completo no futuro.


O processo de actualização do Ethereum será completado passo a passo. Em Dezembro de 2020, foi lançada a cadeia de faróis (anteriormente conhecida como Ethereum 2.0) baseada no mecanismo do PdS, e os utilizadores apostaram ETH nela para obterem rendimentos. A modernização de Berlim e Londres em 2021 ajustou a cadeia de balizas e introduziu um mecanismo de destruição de taxas para controlar temporariamente as taxas de gás. Em 2022, a actual rede principal do Ethereum será fundida com a cadeia de faróis, ou seja, o "nível executivo" e "nível de consenso" acima mencionado e a história, status e o contrato inteligente da rede principal original serão completamente herdados. A partilha pode ocorrer mais tarde do que a fusão, e espera-se que ocorra em 2022 ou 2023.

Isto deve-se principalmente ao desenvolvimento vigoroso da camada2, que alivia a pressão de desempenho do Ethereum. O principal objectivo do retalhamento é melhorar ainda mais o desempenho do Ethereum e reduzir o congestionamento da rede. Um total de 64 cadeias de estilhaços serão lançadas nessa altura.

Para uma explicação detalhada da actualização do Ethereum, por favor consulte o nosso anterior post no blog:
Endgame: Descobrindo a Solução Óptima da Escalabilidade da Cadeia de Bloqueio com Vitalik Buterin
A Camada 2 e a Actualização da Future Sharding Update a ser Activada em 2022 será a Solução Final do Ethereum para Aumentar a Escalabilidade?

Introdução ao Mecanismo Beacon Chain PoS: Slot, Epoch e Validador

Slot, epoch e validador mencionados no artigo de Vitalik são termos chave no mecanismo de Pólo de Cadeia Beacon.

A cadeia Beacon será o núcleo do Ethereum no futuro. Além de fornecer prova de aposta (PdE) para todo o Ethereum e formar uma camada de consenso, também desempenhará o papel de sincronização com outras ligações cruzadas em cadeia de estilhaços. Os utilizadores podem então apostar ETH na cadeia de sinalização, depositar 32eth na conta do contrato de depósito no Ethereum 1.0, e tornar-se o validador do Ethereum. Estes validadores são "mineiros virtuais" no Ethereum, que é particularmente importante para o bloco fora do Ethereum.

Se compararmos a cadeia do farol com o coração da nova geração de Ethereum, a fenda e a época são os ciclos de batimentos do coração. Cada ranhura dura 12 segundos, e cada época é composta por 32 ranhuras (outra versão da especificação técnica anterior dizia que uma única ranhura dura 6 segundos e 64 ranhuras constituem uma época). Todas as cadeias de estilhaços precisam de ser sincronizadas com as ranhuras e épocas da cadeia do farol. Portanto, cada época dura aproximadamente 6,4 minutos.


No Ethereum (Ethereum 1.0), que actualmente usa o mecanismo PoW, o sistema gera um bloco a cada 15 segundos. No Ethereum actualizado no futuro, o intervalo de tempo entre cada bloco é incerto; no entanto, sob o mecanismo de PdS, para cada ranhura, a cadeia de balizas irá seleccionar aleatoriamente um nó do validador para se tornar um proponente de bloco. Para a cadeia de estilhaços, cada ranhura também gerará um proponente de bloco.


Adicionalmente, em cada época, a cadeia de balizas irá distribuir uniformemente os validadores para cada ranhura, e depois seleccionar aleatoriamente os nós da matriz (pelo menos 128 em cada grupo) dos validadores de cada ranhura para se tornarem as Comissões. Os nós do Comité serão responsáveis pelos atestados dos blocos gerados pela cadeia de farol e de estilhaços, pesados pelo seu equilíbrio, a validade dos blocos de farol e de estilhaços é julgada pela votação. Se o Comité chegar a um consenso sobre a validade do bloco, o bloco será confirmado na cadeia, um nó será produzido com sucesso neste espaço, os dados de votação do certificador serão registados na cadeia, e o validador será recompensado.

Pelo contrário, se não se chegar a um consenso, a ranhura ficará vazia. Além disso, se o proponente do bloco na ranhura estiver offline, também haverá uma ranhura vazia. Devido à existência de slots vazios, o slot gerado pelo bloco não é fixo. Após uma época inteira (i.e. 32 espaços ou aproximadamente 6,4 minutos), o sistema irá selecionar novamente os nós dos validadores, organizar e formar uma comissão de validação novamente. Depois dos fragmentos serem oficialmente lançados, cada fragmento terá também o seu próprio proponente de bloco e comité de validação em cada ranhura e época. Após completar a validação, os membros da cadeia de estilhaços também precisam de ligar a cabeça da cadeia de estilhaços à cadeia do farol. Este processo é chamado de crosslinking ou criação de crosslinks.


No actual mecanismo de consenso PoW, cada nó precisa de validar e executar cada transacção na rede, o que trará enormes despesas gerais. Em termos relativos, o mecanismo de consenso do PdS funciona mais rapidamente e consome menos energia. Além disso, devido à concepção de segurança do algoritmo Ethereum PoS, este mecanismo de consenso PoS é muito seguro. Teoricamente, desde que qualquer validador tenha menos de 1/3 das apostas de todos os validadores, ele pode assegurar que o número de potenciais hackers em cada comissão seja inferior a 1/3, e que o sistema não possa ser pirateado.

Em termos do número de nós, porque cada comité precisa de 128 nós para garantir a segurança, o número total de nós precisa de atingir 128 * 32 = 4096 para garantir a melhor segurança. Quando o número total de nós for superior a 4096 * 2 = 8192, cada slot pode ser atribuído a dois ou mais comités para validação.


Conclusão

A actualização do Ethereum vai ser um evento histórico no campo da moeda criptográfica. No próximo artigo, continuaremos a discutir a direcção do desenvolvimento do Ethereum lançado pela Vitalik.
Fique atento!


Autor: Gate.io Observer: Edward.H
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